大气压非平衡等离子体射流光谱辐射的时空演化

等离子体中激发态粒子产生的光辐射是等离子体最直观的物理性质。激发态N2、、He、O等粒子的发射光谱的时空演化过程与等离子体射流本身的物理特性相关，不仅可以反映出等离子体射流的推进机制相关信息，同时还有可能在各种应用中发挥重要作用[57～59]。因此，对等离子体射流发射光谱在等离子体推进的不同阶段及不同位置处的特性进行研究有着重要的理论意义和实用价值。

谱线的发射光强与高能级激发态粒子的数量直接相关。碰撞猝灭效应和电子温度都会影响高能级激发态粒子数量。碰撞猝灭会使高能级粒子数量减少。例如，当在氦气放电中添加1%的空气时，He706.5nm谱线的发射光强会急剧下降。这正是由于空气分子通过碰撞猝灭效应降低了高能级He（33S1）粒子数。一般来说，较高的平均电子温度会导致高能级的激发态粒子数量增加，并导致相应谱线的发射强度增加。当然，当电子温度过高并且影响到电子碰撞截面时就另当别论。在本节中，将主要关注四条谱线，即N2337.1nm（C3Πu，vc=0→B3Πg，vb=0）、391.4nm （=0→，vX=0）、He706.5nm（33S1→23P0，1，2）和O777.3nm（3P5P→3S5S）的发射光强在射流装置管内部和外部的时空演化过程。

等离子体射流装置与2.2节所采用的相同。使用的工作气体为流速2L/min的氦气。光谱仪（PrincetonInstruments，ActonSpectraHub2500i）配合ICCD（PrincetonInstruments，PIMAX2）用于采集发射光谱的时空演化过程。ICCD相机还用于拍摄等离子体射流的动态过程。对于光谱测量和快速成像，ICCD相机的曝光时间均设置为5ns。电压Va、脉宽tpw、脉冲重复频率f分别固定为8kV、800ns、4kHz。(www.xing528.com)

图2.10.1　实验装置示意图[4]